Étude de la quiescence cellulaire et des mécanismes de reprogrammation des cellules souches pré-leucémiques induites par l'oncogène PAX5-ELN

B-acute lymphoblastic leukemias (B-ALL) represent the most frequent pediatric cancer and are characterized by the accumulation of immature B progenitors in the bone marrow. Their multi-step development is characterized by the successive accumulation of oncogenic alterations. The first event initiates the cell towards a leukemic fate that will be specific to it. Among them are different chromosomal translocations such as ETV6-RUNX1, BCR-ABL1 or TCF3-PBX1(...) and the more recently defined subgroup that includes all PAX5 translocations and its gain-of-function mutations (Pax5-Alt). Genome-wide analyses were used to map the genomic landscape and expression profile of patients with ALL. These studies have allowed the stratification of patients and the discovery of new therapeutic opportunities. Although chemotherapies of pediatric B-ALL are effective in inducing long-term remission, they do not prevent disease relapse in 15 to 20% of patients. In addition, the non-specificity and intensity of these treatments cause a number of adverse effects as well as not excluding disease relapse. In normal hematopoiesis, self-renewal function is a distinct feature of hematopoietic stem cells (HSCs). Progenitors more advanced in differentiation, including lymphoid progenitors, lack it. In acute leukemia, several evidences suggest that the acquisition of a first oncogenic event can reprogram a committed progenitor into a pre-leukemic stem cell (pre-LSC). The pre-LSCs establish a pre-leukemic state, where stem cell-like properties induced by a primary oncogene permit eventual leukemic transformation through the acquisition of additional genetic alterations. At the leukemic stage, pre-CSLs are highly diluted in the tumor mass and can serve as a reservoir for disease relapse. Indeed, these cells are resistant to conventional chemotherapies. Thus, the characterization of pre-CSLs is a major challenge for the development of new targeted therapies. The use of transgenic mouse models in which primary oncogenes are activated, helps to understand the different stages of leukemic development and allows for the access to the pre-leukemic phase. Therefore, during my thesis, I used a transgenic mouse model that recapitulates the multi-step development of leukemogenesis through the expression of the PAX5-ELN translocation. My work indicates that there is a causal link between the blockage of differentiation, the self-renewal and the emergence of pre-LSCs. Using multiparametric immunophenotyping, I showed that PAX5-ELN disrupts pre-leukemic cell differentiation by enhancing the IL7r/JAK-STAT signaling pathway. This disruption is associated with the induction of rare and quiescent pre-CSLs that support leukemia initiating activity. Integration of transcriptomic and chromatin accessibility data of quiescent pre-CSLs allowed me to demonstrate that they lost their B cell identity and reactivate a more immature molecular program. The construction of their transcriptional regulatory network (TNR) incriminates the transcription factor Egr1 in the control of the quiescence/resistance of PAX5-ELN pre-LSCs, but also directly of human blasts. Overall, my work highlights the importance of studying functional features such as quiescence and cellular plasticity in the mechanisms of leukemic resistance and initiation.Les leucémies aiguës lymphoblastiques B (LAL-B) représentent les cancers pédiatriques les plus fréquents et sont caractérisées par l'accumulation dans la moelle osseuse de progéniteurs B immatures d'origine clonale. Leurs développements multi-étapes est caractérisé par l'accumulation successive d'altérations oncogéniques. Les LAL-B sont classées selon différents sous-groupes oncogéniques caractérisés par l'identité de l'oncogène primaire porté par les cellules leucémiques telles que les translocations ETV6-RUNX1, TCF3-PBX1, BCR-ABL1, ou bien certaines altérations de PAX5 (sous-groupe "Pax5-alt" incluant transcrit de fusions et mutations gain de fonction). Des analyses pangénomiques ont été utilisées afin de décrire le paysage génomique et le profil d'expression des patients atteints de LAL-B. Ces études ont permis de stratifier les patients et de découvrir de nouvelles opportunités thérapeutiques. Bien que les traitements par chimiothérapies des LAL-B pédiatriques soient efficaces pour induire une rémission à long terme, ils ne préviennent pas la rechute de la maladie chez 15 à 20 % des patients. Aussi, la non-spécificité et la lourdeur de ces traitements provoquent un certain nombre d'effets indésirables et n'excluent pas la rechute de la maladie. Dans l'hématopoïèse normale, la fonction d'auto-renouvellement est une caractéristique distincte des cellules souches hématopoïétiques (CSHs). Les progéniteurs plus avancés dans la différenciation, incluant les progéniteurs lymphoïdes, en sont dépourvus. Dans les leucémies aiguës, plusieurs évidences suggèrent que l'acquisition d'un premier évènement oncogénique peut reprogrammer un progéniteur engagé en cellule souche pré-leucémique (pré-CSL). Ce processus établit ainsi un état pré-leucémique, où les propriétés souches reprogrammées par l'oncogène primaire permettent à terme la transformation leucémique par l'acquisition d'altérations génétiques additionnelles. Au stade leucémique, les pré-CSLs hautement diluées dans la masse tumorale peuvent servir de réservoir à la rechute de la maladie. En effet, ces cellules sont résistantes aux traitements conventionnels de chimiothérapie. L'identification et la caractérisation des pré-CSLs représentent donc un défi de premier ordre pour le développement de nouvelles thérapies ciblées. L'utilisation de modèles de souris transgéniques dans lesquels sont activés des oncogènes primaires, aide donc à la compréhension des différentes étapes du développement leucémique et permet un accès privilégié à la phase pré-leucémique. C'est pourquoi j'ai utilisé pendant ma thèse un modèle transgénique de souris qui récapitule le développement multi-étapes de la leucémogenèse par l'expression de la translocation PAX5-ELN. Mon travail indique qu'il existe un lien causal entre le blocage de la différenciation, l'auto-renouvellement et l'émergence des pré-CSLs. Par l'utilisation d'un immunophénotypage multiparamétriques, j'ai montré que PAX5-ELN perturbe la différenciation des cellules pré-leucémiques en renforçant la voie de signalisation IL7r/JAK-STAT. Cette perturbation est associée à l'induction de pré-CSLs rares et quiescentes qui soutiennent l'activité initiatrice de la leucémie. L'intégration des données transcriptomiques et d'accessibilité à la chromatine des pré-CSLs quiescentes m'a permis de démontrer qu'elles perdaient partiellement leur identité de cellules B et réactivaient un programme moléculaire plus immature. La construction de leur réseau de régulation transcriptionnelle (TNR) m'a permis d'incriminer le facteur de transcription Egr1 dans le contrôle de la quiescence/résistance des pré-CSLs PAX5-ELN, ainsi qu'au sein de cellules blastiques humaines. Dans l'ensemble mon travail souligne l'importance de l'étude des caractéristiques fonctionnelles telles que la quiescence et la plasticité cellulaire dans les mécanismes de résistance et d'initiation leucémique